Принцип комфортной вентиляции в квартирах: отработанный воздух (коричневый цвет) регулярно отводится из наиболее загрязненных помещений. Свежий воздух (голубой цвет) подается в жилые помещения. Хороший воздух является важным условием для здоровья и комфортного проживания жильцов.
Главной целью любого проекта здания является создание для жильцов здорового и комфортного микроклимата. Особенно важным является качество воздуха. Хорошее качество воздуха можно достичь только тогда, когда происходит постоянная замена "отработанного" воздуха свежим наружным воздухом. Обычное форточное проветривание два раза в день для этого недостаточно (а почему?)
Вентиляция работает правильно только в том случае, если загрязненный воздух постоянно отводится из кухни, ванной комнаты, туалета и других (предназначенных для этого) помещений. Свежий воздух подводится в гостиную, детскую, рабочую (кабинет) и в спальную комнаты. Этот принцип показан на рисунке слева.
Для этого используется как раз столько свежего воздуха, сколько требуется для комфортного проживания и здоровья жильца. В жилые помещения поступает только свежий наружный воздух, а не рециркуляционный воздух. Благодаря этому соблюдаются высокие гигиенические показатели.
Вообще-то вентиляция могла бы работать при помощи простой вытяжной вентиляционной установки и вентиляционного плафона с приточным воздухом. Через плафон в помещения поступает свежий (холодный) наружный воздух в необходимом количестве. В пассивном доме такая вентиляция привела бы к повышенным теплопотерям, т.к. не осуществляется возврат тепла из вытяжного воздуха. Энергобаланс можно было бы выровнять только за счет увеличения отопительной нагрузки.
В Средней Европе возможно отапливать и осуществлять вентиляцию в пассивных домах только с помощью высокоэффективной рекуперации тепла (или дополнительно с помощью компактной маломощной системы отопления). Благодаря такой системе вентиляции тепло из вытяжного воздуха возвращается обратно и передается приточному воздуху через теплообменник, не перемешивая при этом воздушные потоки. КПД современных высокоэффективных рекуператоров достигают сегодня от 75 до 95%. Эти характеристики достигаются благодаря противоточным теплообменникам и специальным энергоэффективным вентиляторам (с так называемыми EC-моторами с высоким КПД). Поэтому возвращаемое тепло в 8:15 раз больше расхода электроэнергии вентиляторами.
Высокоэффективные вентиляционные установки, разработанные специально для пассивных домов, оправдали себя при модернизации существующих зданий. Они улучшают качество воздуха, гарантируют полную защиту от образования плесени и способствуют снижению энергопотребления.
Дополнительный вклад в улучшения эффективности вентиляционной установки оказывает грунтовый теплообменник. Грунт на определенной глубине зимой имеет в среднем более теплую, а летом холодную температуру, чем окружающий воздух. Свежий приточный воздух можно нагреть или охладить в толще грунта. Это возможно, либо напрямую через воздушные каналы (воздух обменивается энергией со стенками грунтового теплообменника), либо косвенно через гидравлическую систему (грунтовый теплообменник имеет замкнутый контур с жидким агентом, например, гликоль или соляной раствор. Наружный воздух сначала проходит через него, а потом через пластинчатый рекуператор).
Комфортная вентиляция -
Вот так просто работает противоточный теплообменник: вытяжной воздух (красный цвет) протекает через канал и отдает тепло верхней и нижней пластине теплообменника. Он выходит охлажденным, и называется удаляемый воздух (оранжевый цвет). С другой стороны плиты протекает свежий воздух по остальным каналам. Он поглощает тепло (от соседних каналов), нагревается и подается в жилые помещения. Его называют приточным воздухом (светло-бирюзовый цвет). Благодаря принципу противотока температурный перепад может быть перекрыт почти на 100%.
При рекуперации тепла энергосберегающие мероприятия становится менее затратными, оказывают меньшее негативное влияние на окружающую среду, и положительно влияют на здоровье. Свежий воздух всегда поступает в дом. Нет необходимости постоянного форточного проветривания. Это работает не только в пассивном доме, но и во всех зданиях.
Напор ветра и температуры наружного воздуха изменяются в широком диапазоне, а соответственно изменяется и воздухообмен при "естественной" вентиляции помещений. Если в дни со слабым ветром воздухообмен достаточен, то при сильном ветре потери тепла очень высоки. Вентиляция, функционирующая посредством инфильтрации воздуха через неплотности в наружной оболочке, становится в настоящее время неактуальной среди жильцов.
Комфортная система вентиляции с регулированием поступления свежего воздуха является обязательной для каждого пассивного дома. Причины этого в следующем:
Регулярный, гарантированный и достаточный воздухообмен в холодное время года возможен только с помощью контролируемой комфортной системы вентиляции. Это необходимо также и для обычных новостроек.
Ни в коем случае нельзя считать удовлетворительной вентиляцию, которая осуществляется посредством инфильтрации воздуха через неплотности в наружной оболочке, т.е. из-за негерметичности ограждающих конструкций (см. также тему "Герметичность"). Напор ветра и наружные температуры изменяются очень сильно. Например, в доме, расположенном в Средней Европе, при слабом ветре воздухопроницаемость достаточна для необходимого воздухообмена, но при сильном ветре сквозняк просто невыносим (см. верхний рисунок слева). Например, все новостройки в Германии строятся с 1984 года так герметично, что инфильтрация воздуха через неплотности (швы, зазоры, щели) недостаточна для необходимого качества воздуха внутри помещений. Это также относится к модернизированным старым домам, в которых установлены новые окна. Совсем не учитывалось при этом, что выходящий через неплотности влажный поток теплого воздуха может привести к нарушению строительных конструкций, вследствие выпадения конденсата и увлажнения.
Необходимый воздухообмен возможен без контролируемой системы вентиляции только при регулярном "полном" проветривании, т.е. при открывании окон полностью. Чтобы достичь кратность воздухообмена 0,33, необходимо полностью открывать окна каждые 3 часа на 5-10 минут, и даже ночью! На самом деле, на практике помещения проветриваются гораздо реже. Соответственно имеем плохое качество воздуха, и возрастает опасность повышения влажности воздуха. Мы не можем напрямую ощутить качество воздуха в помещении, и не можем определить количество свежего приточного воздуха через открытые окна. Даже специалисту очень тяжело достичь "абсолютно правильный" воздухообмен при оконном проветривании. Если проветривание осуществляется редко, то качество воздуха становится плохим и существует опасность выпадения конденсата. Нооборот, если проветривается часто, то воздух становится сухим и возникает повышенное энергопотребление. Снижение влажности воздуха в квартире - это цель вентиляции, т.к. слишком высокая влажность приводит к повреждению и нарушению строительных конструкций. Воздух не должен быть также слишком сухим (см. информацию на странице "Вентиляция и влажность воздуха"). Требуемая влажность воздуха является не единственной причиной, почему необходим достаточный воздухообмен. Загрязнение воздуха в помещении, например, радиактивным инертным газом радоном, должно быть снижено с помощью притока свежего воздуха до уровня, который не угрожает здоровью человека *).
Задача комфортной вентиляции заключается в регулярном поступлении необходимого количества свежего воздуха в помещение. Простым решением такой проблемы является система вытяжной вентиляции, которая отводит использованный и влажный воздух из кухни, туалета и ванной комнаты. При этом свежий (зимой холодный) воздух поступает в помещение через приточный диффузор (плафон) (см. фото слева). Эти простые системы уже распространены во Франции, а в Швеции уже накоплен 50-ти летний опыт использования вытяжных систем вентиляции. В Германии обсуждаются пригодные для применения решения согласно требованиям EnEV (Постановление по энергосбережению) для новостроек и для модернизированных старых зданий (ставших более герметичными). Для пассивных домов эта простая система вентиляции является непригодной, т.к. в помещении по-прежнему поступает холодный воздух, и потери на нагрев воздуха очень высоки (см. тепловизионный снимок слева). Поэтому, во-первых, необходима соответствующая высокая тепловая нагрузка с теплоотдачей в непосредственной близости от приточного диффузора и, во-вторых, годовое потребление тепловой энергии на отопление будет тогда вдвое больше, чем в пассивном доме.
Комфортная вентиляция -
Тепловизионный снимок вентиляционного плафона с приточным воздухом системы вытяжной вентиляции. Если прибор отопления находится ниже приточного плафона, то это является приемлемым решением для дома с низким энергопотреблением (фото и инфракрасное изображение, ebök). Для пассивного дома недопустим приток холодного воздуха, а также недопустимы высокие теплопотери.
Систематические исследования в квартирах показали, что корректное распределение притока свежего воздуха во все необходимые комнаты и гарантированную вытяжку воздуха из влажных помещений лучше всего осуществлять с помощью контролируемой приточно-вытяжной вентиляции. При этом свежий приточный воздух будет целенаправленно поступать в гостиные, рабочие, детские и спальные комнаты. В каждой из этих комнатах имеется минимум по одному приточному диффузору. Аналогично вытяжной вентиляционной установке, приведенной выше, в пассивном доме отработанный воздух отводится из кухонь, ванных комнат, туалетов и других помещений (например, комнат для курения). Там имеются соответственно вытяжные диффузоры. В квартире устанавливается направленный поток воздуха: свежий воздух поступает сначала в жилые комнаты (зона приточного воздуха) (см. схема PHI слева). Потом воздух перетекает в переходную зону (коридоры, внутриквартирные лестничные клетки) и далее в зону вытяжного воздуха. В зоне вытяжного воздуха преобладает относительно высокий воздухообмен, поэтому там, например, быстро сохнут полотенца. Благодаря этому основному принципу (направленного потока воздуха) свежий воздух будет использован оптимально. Сначала очень чистый воздух поступает в жилые помещения, поглощает загрязнения из переходных зон (например, запахи от одежды) и в конце удаляет влагу из влажных помещений.
С помощью приточно-вытяжной вентиляции возможно в настоящее время вернуть тепло из отработанного вытяжного воздуха. Например, в Германии в квартирах теплопотери от вентиляции (при обеспечении требуемой вентиляции) составляют от 20 до 30 кВт∙ч/(м2год). Для пассивного дома этот показатель очень высокий. Применяя современные теплообменники (рекуператоры) можно вернуть от 75 до 95% тепла из вытяжного воздуха. Эти высокоэффективные приборы были специально разработаны для использования в пассивных домах. Они обеспечивают также безупречное разделение потоков с удаляемым и свежим воздухом, потребляют очень мало электроэнергии и работают очень тихо. При применении высокоэффективной рекуперации тепла потребность в теплоте на нагрев приточного воздуха значительно снижается. В Германии эта потребность составляет всего лишь от 2 до 7 кВт∙ч/(м2год) и является хорошим условием для функционирования пассивного дома. Кроме того, благодаря рекуперации тепла температура приточного воздуха практически поднимается до значения комнатной температуры. Вследствии этого приточный воздух, поступающий в помещения, теперь уже "не холодный". Благодаря усиленной теплоизоляционной оболочке здания и прежде всего теплым окнам возможно значительное снижение тепловой нагрузки на отопление и сокращение затрат на монтаж оборудования.
Только в пассивном доме имеется еще одно особенное преимущество, а именно, возможность отопления с помощью нагрева приточного воздуха. Так как свежий воздух и без того подводится в гостиные, рабочие, детские и спальные комнаты, этот воздух может одновременно использоваться и для подвода тепла. Так как речь идет только о свежем воздухе (а не о рециркуляции воздуха!), количество притока свежего воздуха ограничено (иначе воздух внутри здания будет сухим) и температура нагрева воздуха тоже ограничена. Поэтому отопление с помощью приточного воздуха функционирует только в домах с небольшим потреблением тепла, а именно, в пассивных домах. Благодаря этому можно использовать очень изящные и компактные решения для домашней техники, например, компактный агрегат (пластинчатый теплообменник с тепловым насосом).
Пассивные дома всегда имеют встроенную комфортную систему вентиляции, которая часто является центральной составляющей для всей домашней техники. Только высококачественная система вентиляции пригодна для пассивного дома. Институт пассивного дома г. Дармштадта (PHI) составил ряд требований к центральной системе вентиляции. Наряду с высоким КПД рекуператора, должно быть гарантировано низкое потребление электроэнергии, гигиенически безупречная работа и очень тихий режим работы.
Направленный поток воздуха в квартире при комфортной вентиляции (схема PHI)
*) Здесь могла бы начаться длинная дискуссия о "правильной" концепции для ограничения загрязнения воздуха внутри помещений. Это правильно, и Институт пассивного дома г. Дармштадта (PHI) придерживается позиции, что в первую очередь внутренний воздух должен быть по возможности максимально ограничен от источников загрязнения (Макс фон Петтенкофер сформулировал это так: "Навозную кучу нельзя выветрить".). Невозможна "нулевая эмиссия" вредных веществ и в жилых помещениях! Всегда имеются некоторые выделения летучих веществ из моющих средств, средств для мытья посуды, одежды, продуктов питания, строительных материалов и из подвала (например, радон). Даже если оставить только выдыхаемый человеком воздух, то и это способствует загрязнению воздуха во внутреннем помещении. Внутренний воздух быстро станет непригодным без достаточного проветривания. Как раз это было установлено Максом фон Петтенкофером уже в 19-ом веке. Это актуально и по сегодняшний день, а точнее стало еще более значимым, т.к. мы сегодня сталкиваемся в помещениях с большим количеством вредных веществ, чем раньше. И еще два обстоятельства изменились:
1) Здания стали более герметичными; приток свежего воздуха через неплотности практически отсутствует;
2) Печи (практически полностью) исчезли из квартир. По сути дела печь работает как вытяжная вентиляционная установка.
Из этого следует, что сегодня в срочном порядке необходима хорошая концепция по вентиляции, даже в том случае, если все усилия будут направлены к снижению вредных выбросов в воздух внутренних помещений.
Времена меняются, меняются вместе с ними и требования к произведениям
человеческого труда. Так компьютер пятидесятилетней давности, как и
кремниевое ружье, теперь музейные экспонаты. Особую актуальность это
имеет применительно к современному дому. Сейчас конструкции домов,
медленно менявшиеся на протяжении столетий, претерпевают революционные
трансформации. В мире формируется иной взгляд на характер массового
жилья. Новейшие технологии позволяют строить недорогие, безопасные, и
кардинально снижающие негативное воздействие на окружающую среду,
жилища. Стали появляться дома, которые назвали экологическими, или
экодомами.
